연안에서의 파랑의 형태와 특징

(1) 파랑의 형태

  파랑은 바다의 표면이 반복적으로 오르내리는 현상이다. 이 상하운동에서 가장 높은 곳의 위치가 마루, 가장 낮은 곳의 위치가 골이며, 마루와 골 사이의 수직 거릴를 파고라 부른다. 바닷가에서 우리가 흔히 관찰하는 파랑은 해안선에 평행하게 정렬된 마루의 열이 먼 바다로부터 해안선 쪽으로 연이어 다가오는 모습으로 나타난다. 이렇게 진행하는 파랑에서 하나의 마루에서부터 다음 마루까지의 수평거리를 파장이라하고, 하나의 마루가 어느 고정점을 통과한 후 다음 마루가 그곳을 통과할 때까지 걸리는 시간을 파랑의 주기라 한다. 따라서 파랑이 진행하는 속도는 파장을 주기로 나눈 값으로 표현되며, 일반적으로 해저면의 영향을 받지 않는 심해파의 진행 속도는 파장이 길수록 빠르다. 마루와 골이 이렇듯 연달아 반복되며 앞으로 움직여 나가는 파랑은 우리 눈에는 물이 진행하는 것으로 보이지만 실제로는 파랑의 형태뿐이며, 물은 궤도운동을 할 뿐 앞으로 나아가지는 않는다. 파랑에서 물입자의 운동은 표면에서는 파고를 지름으로 한 원운동으로 나타난다. 이 원운동 궤도의 지름은 깊어질수록 급격히 감소하여 파장의 9분의 1에 해당하는 깊이에서는 반으로 줄어들고, 파장의 반에 해당하는 깊이가 되면 물입자의 궤도운동이 거의 존재하지 않게 된다. 따라서 수심이 파장의 반보다 크면 그 파랑은 바닥에 영향을 미치거나 바닥으로부터 영향을 받지 않으며, 이러한 파랑을 표면파 또는 심해파라 한다. 이 경우 심해의 의미는 깊은 바다라는 뜻보다는 파장에 비해 상대적으로 수심이 깊다는 뜻이다. 즉 파장이 20m인 파랑의 경우에는 10m 이상의 수심에서, 그리고 파장이 60m인 파랑은 30m 이상의 수심에서 심해파라 한다. 한편, 수심이 파장의 반보다 작아지면 파랑은 바닥의 존재를 느끼기 시작하며, 파장의 20분의 1보다 작게 되면 물입자의 운동이 바닥의 영향을 크게 받아 파랑 진행속도가 수심에 의해 조절된다. 이렇게 파의 특성이 수심에 의해 조절되는 파랑을 천해파 혹은 장파라 한다. 이 경우에도 천해의 의미는 파장에 비해 상대적으로 수심이 얕다는 의미로, 조석파와 같이 아주 긴 파장을 갖는 파랑은 대양에서도 천해파의 특성을 나타낸다. 천해파의 진행 속도는 수심의 함수로서 표시되며, 수심이 깊을수록 빠르게 진행한다. 따라서 천해파가 해안선으로 접근하면서 수심이 점차 얕아지면 그 진행 속도도 감소하며, 이에 따라 파랑의 형태가 변화하여 파고/파장의 비가 증가하고, 어느 한계에 이르면 파가 부서지게 된다. 바다의 표면에 파랑이 형성되는 것은 표면에 애초의 교란을 일으키는 힘과 교란된 표면에서 이전의 원래 평형상태로 돌아가려는 복원력 등 두 힘이 작용한 결과다. 표면 교란을 일으키는 힘은 바다 위를 부는 바람, 폭풍이나 대기압의 변동, 해저지진이나 화산분출, 지구에 작용하는 천체의 인력 등 매우 다양하다. 표면장력이 복원력으로 작용하는 작은 파장의 파를 제외한 모든 파의 복원력은 중력이다. 풍파는 바람 에너지가 바다에 전달되어 형성되는 파랑이다. 해면 위로 바람이 불면 먼저 작은 표면장력파가 생긴다. 이로 인한 해면의 요철은 바람 에너지를 더욱 효과적으로 바다에 전달시켜 파랑의 크기를 증가시키며, 마침내 파장이 1.73cm가 되면 중력이 주된 복원력으로 작용하여 풍파로 변환한다. 풍파의 크기는 바람에 의해 바다로 공급되는 에너지의 양에 비례한다. 이것은 다시 바람의 세기, 즉 풍속과 바람이 계속 부는 시간의 길이, 그리고 바람이 바다 위를 불어가는 거리, 즉 취송거리 등 세 요소에 의해 결정된다. 예를 들어 초속 10.2m의 바람은 바다 위로 140km의 거리를 10시간 동안 계속 불면 최대파고 3m이고 평균파고 1.5m인 파랑을 형성할 수 있으며, 초속 20.4m의 바람은 만일 바다 위로 1,320km의 거리를 42시간 동안 계속 불어갈 경우 최대파고 17.3m인 파랑을 형성할 수 있다. 이렇게 정해진 풍속에서 지속시간과 취송거리를 모두 충족시켜 이론적으로 가능한 최대의 파랑이 발달한 상태를 '다 자란 풍랑' 이라 한다. 한편, 폭풍이 부는 해역에서는 여러 가지의 파장과 파고, 주기를 가진 다양한 파들이 동시에 존재하여 해면이 매우 복잡하고 불규칙한 모양을 나타낸다. 이러한 상태를 풍랑이라 한다. 파랑의 진행 속도는 파장에 비례하는 까닭에 풍랑의 파랑들이 바람 부는 해역을 벗어나 계속 진행하게 되면 파장이 긴 파랑들이 맨 앞에 서서 빠르게 나아가며, 이 긴 파장의 파랑들은 폭풍해역에서 멀리 떨어진 곳까지 전파되어 너울이라 불리는 비교적 주기가 길고 규칙적인 파랑을 형성하게 된다. 맑은 날 바닷가에서 우리가 관찰할 수 있는 '밀려오는 파도'는 바로 해안선에 접근하면서 부서지는 너울이며, 너울은 때로 먼 바다에서 다가오는 폭풍을 미리 알려주기도 한다. 파랑이 앞으로 진행하는 과정에서 그 속도의 차이로 긴 파장의 파랑이 앞서고 짧은 파장의 파랑은 뒤로 처진다. 그 결과 서로 비슷한 파장의 파랑끼리 무리를 이루어 진행하게 되는 파랑의 분산이 일어난다. 일련의 파랑이 무리를 이루어 진행하는 속도, 즉 파랑의 군속도는 각각의 파랑이 전파되는 속도의 반이다. 이는 파랑의 군이 이동하면서 뒤에서는 새로운 파랑이 계속 생겨나고, 그것이 파랑군의 맨 앞에 서면 다시 사라져가기 때문이며, 이 군속도가 바로 파랑의 에너지가 실제로 전파되는 속도다. 한편 파랑이 진행하면서 다른 파랑을 만나면 서로 겹쳐지거나 상쇄되는 등 상호 간섭하는 현상이 나타나며, 이러한 간섭현상은 때로 엄청나게 큰 파도가 갑자기 발생하는 소위 '돌발중첩파'를 일으키기도 한다. 돌발중첩파는 파랑이 강하게 흐르는 해류를 만나 그 역방향으로 진행할 때 자주 발생한다. 예를 들어 남아프리카 외해에서 남쪽으로 흐르는 강한 아귤라스 해류가 남빙양의 폭풍에서 기원한 강한 너울과 마주치는 해역은 파도가 높기로 유명하여 큰 선박들도 항해에 어려움을 겪는다. 파랑이 외해에서 육지 쪽으로 접근하면 수심이 얕아짐에 따라 점차 변형되다 결국에는 그 형태를 잃고 사라진다. 수심이 파장의 반보다 작은 해역에서는 파랑은 물입자의 원운동이 방해를 받아 타원형의 궤적을 그리게 되고 마루의 모양은 둥근 모양에서 뾰족한 형태로 바뀐다. 앞서가는 파의 속도가 낮은 수심 때문에 뒤따르는 파랑의 속도보다 느려지는 까닭에 주기는 변하지 않으나, 파장이 짧아지는 반면 파고는 점점 높아져 파고와 파장의 비, 즉 파형경사가 증가한다. 파형경사는 7분의 1까지 이론적으로 가능하지만 자연에서는 10분의 1 이상의 파형경사를 관측하기 힘들다고 알려져 있다. 파가 불안정하여 깨어지는 현상을 쇄파라 하며 실험 결과에 따르면 수심이 파고의 1.3배 정도가 될 때 파가 깨지는 것으로 밝혀졌다. 파가 깨진 후에는 물이 더 이상 궤도운동을 하지 않고 해안선 쪽으로 밀려간다. 이러한 물의 움직임을 기파 또는 서프라 한다. 파가 깨어지는 쇄파대와 해안선 사이의 해역을 서프대 또는 기파대라 한다. 이곳은 해안선에 비스듬하게 접근하는 파랑 때문에 발생하는 연안류가 흐르고 이로 인한 사질 퇴적물의 이동이 활발한 매우 역동적인 환경이다.

 

(2) 파랑의 특징

  파랑은 바다의 표면이 반복적으로 오르내리는 현상이다. 이 상하운동에서 가장 높은 곳의 위치가 마루, 가장 낮은 곳의 위치가 골이며, 마루와 골 사이의 수직 거릴를 파고라 부른다. 바닷가에서 우리가 흔히 관찰하는 파랑은 해안선에 평행하게 정렬된 마루의 열이 먼 바다로부터 해안선 쪽으로 연이어 다가오는 모습으로 나타난다. 이렇게 진행하는 파랑에서 하나의 마루에서부터 다음 마루까지의 수평거리를 파장이라하고, 하나의 마루가 어느 고정점을 통과한 후 다음 마루가 그곳을 통과할 때까지 걸리는 시간을 파랑의 주기라 한다. 따라서 파랑이 진행하는 속도는 파장을 주기로 나눈 값으로 표현되며, 일반적으로 해저면의 영향을 받지 않는 심해파의 진행 속도는 파장이 길수록 빠르다. 마루와 골이 이렇듯 연달아 반족되며 앞으로 움직여 나가는 파랑은 우리 눈에는 물이 진행하는 것으로 보이지만 실제로는 파랑의 형태뿐이며, 물은 궤도운동을 할 뿐 앞으로 나아가지는 않는다. 파랑에서 물입자의 운동은 표면에서는 파고를 지름으로 한 원운동으로 나타난다. 이 원운동 궤도의 지름은 깊어질수록 급격히 감소하여 파장의 9분의 1에 해당하는 깊이에서는 반으로 줄어들고, 파장의 반에 해당하는 깊이가 되면 물입자의 궤도운동이 거의 존재하지 않게 된다. 따라서 수심이 파장의 반보다 크면 그 파랑은 바닥에 영향을 미치거나 바닥으로부터 영향을 받지 않으며, 이러한 파랑을 표면파 또는 심해파라 한다. 이 경우 심해의 의미는 깊은 바다라는 뜻보다는 파장에 비해 상대적으로 수심이 깊다는 뜻이다. 즉 파장이 20m인 파랑의 경우에는 10m 이상의 수심에서, 그리고 파장이 60m인 파랑은 30m 이상의 수심에서 심해파라 한다. 한편, 수심이 파장의 반보다 작아지면 파랑은 바닥의 존재를 느끼기 시작하며, 파장의 20분의 1보다 작게 되면 물입자의 운동이 바닥의 영향을 크게 받아 파랑 진행속도가 수심에 의해 조절된다. 이렇게 파의 특성이 수심에 의해 조절되는 파랑을 천해파 혹은 장파라 한다. 이 경우에도 천해의 의미는 파장에 비해 상대적으로 수심이 얕다는 의미로, 조석파와 같이 아주 긴 파장을 갖는 파랑은 대양에서도 천해파의 특성을 나타낸다. 천해파의 진행 속도는 수심의 함수로서 표시되며, 수심이 깊을수록 빠르게 진행한다. 따라서 천해파가 해안선으로 접근하면서 수심이 점차 얕아지면 그 진행 속도도 감소하며, 이에 따라 파랑의 형태가 변화하여 파고/파장의 비가 증가하고, 어느 한계에 이르면 파가 부서지게 된다. 바다의 표면에 파랑이 형성되는 것은 표면에 애초의 교란을 일으키는 힘과 교란된 표면에서 이전의 원래 평형상태로 돌아가려는 복원력 등 두 힘이 작용한 결과다. 표면 교란을 일으키는 힘은 바다 위를 부는 바람, 폭풍이나 대기압의 변동, 해저지진이나 화산분출, 지구에 작용하는 천체의 인력 등 매우 다양하다. 표면장력이 복원력으로 작용하는 작은 파장의 파를 제외한 모든 파의 복원력은 중력이다. 풍파는 바람 에너지가 바다에 전달되어 형성되는 파랑이다. 해면위로 바람이 불면 먼저 작은 표면장력파가 생긴다. 이로 인한 해면의 요철은 바람 에너지를 더욱 효과적으로 바다에 전달시켜 파랑의 크기를 증가시키며, 마침내 파장이 1.73cm가 되면 중력이 주된 복원력으로 작용하여 풍파로 변환한다. 풍파의 크기는 바람에 의해 바다로 공급되는 에너지의 양에 비례한다. 이것은 다시 바람의 세기, 즉 풍속과 바람이 계속 부는 시간의 길이, 그리고 바람이 바다 위를 불어가는 거리, 즉 취송거리 등 세 요소에 의해 결정된다. 예를 들어 초속10.2m의 바람은 바다 위로 140km의 거리를 10시간 동안 계속 불면 최대파고 3m이고 평균파고 1.5m인 파랑을 형성할 수 있으며, 초속 20.4m의 바람은 만일 바다 위로 1,320km의 거리를 42시간 동안 계속 불어갈 경우 최대파고 17.3m인 파랑을 형성할 수 있다. 이렇게 정해진 풍속에서 지속시간과 취송거리를 모두 충족시켜 이론적으로 가능한 최대의 파랑이 발달한 상태를 '다 자란 풍랑' 이라 한다. 한편, 폭풍이 부는 해역에서는 여러 가지의 파장과 파고, 주기를 가진 다양한 파들이 동시에 존재하여 해면이 매우 복잡하고 불규칙한 모양을 나타낸다. 이러한 상태를 풍랑이라 한다. 파랑의 진행 속도는 파장에 비례하는 까닭에 풍랑의 파랑들이 바람 부는 해역을 벗어나 계속 진행하게 되면 파장이 긴 파랑들이 맨 앞에 서서 빠르게 나아가며, 이 긴 파장의 파랑들은 폭풍해역에서 멀리 떨어진 곳까지 전파되어 너울이라 불리는 비교적 주기가 길고 규칙적인 파랑을 형성하게 된다. 맑은 날 바닷가에서 우리가 관찰할 수 있는 '밀려오는 파도'는 바로 해안선에 접근하면서 부서지는 너울이며, 너울은 때로 먼 바다에서 다가오는 폭풍을 미리 알려주기도 한다. 파랑이 앞으로 진행하는 과정에서 그 속도의 차이로 긴 파장의 파랑이 앞서고 짧은 파장의 파랑은 뒤로 처진다. 그 결과 서로 비슷한 파장의 파랑끼리 무리를 이루어 진행하게 되는 파랑의 분산이 일어난다. 일련의 파랑이 무리를 이루어 진행하는 속도, 즉 파랑의 군속도는 각각의 파랑이 전파되는 속도의 반이다. 이는 파랑의 군이 이동하면서 뒤에서는 새로운 파랑이 계속 생겨나고, 그럿이 파랑군의 맨 앞에 서면 다시 사라져가기 때문이며, 이 군속도가 바로 파랑의 에너지가 실제로 전파되는 속도다. 한편 파랑이 진행하면서 다른 파랑을 만나면 서로 겹쳐지거나 상쇄되는 등 상호 간섭하는 현상이 나타나며, 이러한 간섭현상은 때로 엄청나게 큰 파도가 갑자기 발생하는 소위 '돌발중첩파'를 일으키기도 한다. 돌발중첩파는 파랑이 강하게 흐르는 해류를 만나 그 역방향으로 진행할 때 자주 발생한다. 예를 들어 남아프리카 외해에서 남쪽으로 흐르는 강한 아귤라스 해류가 남빙양의 폭풍에서 기원한 강한 너울과 마주치는 해역은 파도가 높기로 유명하여 큰 선박들도 항해에 어려움을 겪는다. 파랑이 외해에서 육지 쪽으로 접근하면 수심이 얕아짐에 따라 점차 변형되다 결국에는 그 형태를 잃고 사라진다. 수심이 파장의 반보다 작은 해역에서는 파랑은 물입자의 원운동이 방해를 받아 타원형의 궤적을 그리게 되고 마루의 모양은 둥근 모양에서 뾰족한 형태로 바뀐다. 앞서가는 파의 속도가 낮은 수심 때문에 뒤따르는 파랑의 속도보다 느려지는 까닭에 주기는 변하지 않으나, 파장이 짧아지는 반면 파고는 점점 높아져 파고와 파장의 비, 즉 파형경사가 증가한다. 파형경사는 7분의 1까지 이론적으로 가능하지만 자연에서는 10분의 1 이상의 파형경사를 관측하기 힘들다고 알려져 있다. 파가 불안정하여 깨어지는 현상을 쇄파라 하며 실험 결과에 따르면 수심이 파고의 1.3배 정도가 될 때 파가 깨지는 것으로 밝혀졌다. 파가 깨진 후에는 물이 더 이상 궤도운동을 하지 않고 해안선 쪽으로 밀려간다. 이러한 물의 움직임을 기파 또는 서프라 한다. 파가 깨어지는 쇄파대와 해안선 사이의 해역을 서프대 또는 기파대라 한다. 이곳은 해안선에 비스듬하게 접근하는 파랑 때문에 발생하는 연안류가 흐르고 이로 인한 사질 퇴적물의 이동이 활발한 매우 역동적인 환경이다.